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无线传感器网络路由协议研究进展.pdf

无线传感器网络路由协议研究进展

ice_boat
2010-08-04 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《无线传感器网络路由协议研究进展pdf》,可适用于考试题库领域

ISSN,CODENRUXUEWEmail:josiscasaccnJournalofSoftware,Vol,No,March,pp−http:wwwjosorgcnDOI:josTelFax:©byJournalofSoftwareAllrightsreserved无线传感器网络路由协议研究进展∗唐勇,周明天,张欣(电子科技大学计算机科学与工程学院,四川成都)(电子科技大学通信与信息工程学院,四川成都)OverviewofRoutingProtocolsinWirelessSensorNetworksTANGYong,ZHOUMingTian,ZHANGXin(CollegeofComputingScienceandEngineering,UniversityofElectronicScienceandTechnologyofChina,Chengdu,China)(CollegeofCommunicationandInformationEngineering,UniversityofElectronicScienceandTechnologyofChina,Chengdu,China)Correspondingauthor:Phn:,Email:worldgulittomcom,http:wwwuestceducnTangY,ZhouMT,ZhangXOverviewofroutingprotocolsinwirelesssensornetworksJournalofSoftware,,():−http:wwwjosorgcnhtmAbstract:Wirelesssensornetworksaredifferentfromtraditionalnetworksandhighlydependentonapplications,sotraditionalroutingprotocolscannotbeappliedefficientlytothemThereforemanyroutingprotocolsforwirelesssensornetworksarestudiedAfterdescribingthecharacteristicsofwirelesssensornetworks,theclassificationstandardsforroutingprotocolsarepresentedThenthekeymechanismsoftheexistingrepresentativeroutingprotocolsareanalyzedandtheirclassifications,characteristicsandapplicationareasarecomparedFinally,theimportantfeaturesthatgoodroutingprotocolspossessaresummarized,andthefutureresearchstrategiesandtrendsKeywords:wirelesssensornetworkadhocnetworkroutingprotocolroutingmechanism摘要:无线传感器网络具有与传统网络不同的特点,且与应用高度相关传统路由协议不能有效地用于无线传感器网络,因而人们研究了众多的无线传感器网络路由协议在介绍无线传感器网络的特点后,提出了路由协议的分类方法,然后着重分析了当前一些较为重要的路由协议的核心路由机制,并采用比较方式指出了这些路由协议的类别、特点和主要应用范围最后总结了好的路由协议应具有的特点以及未来的研究策略与发展趋势关键词:无线传感器网络自组织网络路由协议路由机制中图法分类号:TP文献标识码:A随着无线通信、电子与传感技术的发展,无线传感器网络(wirelesssensornetworks,简称WSNs)引起了人们的广泛关注WSNs由具有传感、数据处理和短距离无线通信功能的传感器组成,在军事国防、环境监测、生物医疗、抢险救灾以及商业应用等领域具有广阔的应用前景−WSNs与传统固定网络有很大的不同与WSNs最为相似的是移动自组织网络(mobileadhocnetworks,简称MANET),尽管二者都是无线自组织多跳网络,但差异很大−:WSNs节点不移动或很少移动,而MANET节∗ReceivedAccepted唐勇等:无线传感器网络路由协议研究进展点移动性强WSNs的数据包更小,因而数据传输开销更大WSNs节点的计算、存储、通信能力更有限WSNs节点因能量耗尽而易失效WSNs节点通信高能耗,数据计算低能耗,而这种差异在MANET中并不重要WSNs一般独立成网,主要用于监测功能,是以数据为中心的网络,MANET则能为分布式应用提供互联、计算能力WSNs节点可达上千,远大于MANET的几十个节点WSNs网络流量具有manytoone和onetomany的特点WSNs节点合作完成监测任务,与应用高度相关,数据相关性较大WSNs节点一般没有统一编址(在某些应用中可对节点编址)WSNs的上述特点使得众多传统固定网络与MANET的路由协议不能有效地应用于WSNs研究人员正在努力研究适合WSNs的路由协议本文分析与总结了当前较重要的WSNs路由协议的分类方法、核心路由机制与特点,指出了将来的研究策略与发展趋势,目的在于更好地理解WSNs路由,为路由协议的进一步研究提供参考无线传感器网络路由协议分类方法WSNs路由协议负责在sink点和其余节点间可靠地传输数据由于WSNs与应用高度相关,单一的路由协议不能满足各种应用需求,因而人们研究了众多的路由协议为揭示协议特点,我们根据文献−中路由协议采用的通信模式、路由结构、路由建立时机、状态维护、节点标识和投递方式等策略,运用多种分类方法对其进行了分类由于研究人员组合多种策略来实现路由机制,故同一路由协议可分属不同类别()根据传输过程中采用路径的多少,可分为单路径路由协议和多路径路由协议单路径路由节约存储空间,数据通信量少多路径路由容错性强,健壮性好,且可从众多路由中选择一条最优路由()根据节点在路由过程中是否有层次结构、作用是否有差异,可分为平面路由协议和层次路由协议平面路由简单,健壮性好,但建立、维护路由的开销大,数据传输跳数多,适合小规模网络层次路由扩展性好,适合大规模网络,但簇的维护开销大,且簇头是路由的关键节点,其失效将导致路由失败()根据路由建立时机与数据发送的关系,可分为主动路由协议、按需路由协议和混合路由协议主动路由建立、维护路由的开销大,资源要求高按需路由在传输前需计算路由,时延大混合路由则综合利用这两种方式()根据是否以地理位置来标识目的地、路由计算中是否利用地理位置信息,可分为基于位置的路由协议和非基于位置的路由协议有大量WSNs应用需要知道突发事件的地理位置,这是基于位置的路由协议的应用基础,但需要GPS定位系统或者其他定位方法协助节点计算位置信息()根据是否以数据来标识目的地,可分为基于数据的路由协议和非基于数据的路由协议有大量WSNs应用要求查询或上报具有某种类型的数据,这是基于数据的路由协议的应用基础,但需要分类机制对数据类型进行命名()根据节点是否编址、是否以地址标识目的地,可分为基于地址的路由协议和非基于地址的路由协议基于地址的路由在传统路由协议中较常见,而在WSNs中一般不单独使用而与其他策略结合使用()根据路由选择是否考虑QoS约束,可分为保证QoS的路由协议和不保证QoS的路由协议保证QoS的路由协议是指在路由建立时,考虑时延、丢包率等QoS参数,从众多可行路由中选择一条最适合QoS应用要求的路由()根据数据在传输过程中是否进行聚合处理,可分为数据聚合的路由协议和非数据聚合的路由协议数据聚合能减少通信量,但需要时间同步技术的支持,并使传输时延增加()根据路由是否由源节点指定,可分为源站路由协议和非源站路由协议源站路由协议节点无须建立、维护路由信息,从而节约存储空间,减少通信开销但如果网络规模较大,数据包头的路由信息开销也大,而且如果网络拓扑变化频繁,将导致路由失败()根据路由建立时机是否与查询有关,可分为查询驱动的路由协议和非查询驱动的路由协议查询驱动的路由协议能够节约节点存储空间,但数据时延较大,且不适合环境监测等需紧急上报的应用JournalofSoftware软件学报Vol,No,March无线传感器网络路由协议分析通过对当前WSNs路由协议的研究,我们选取了以下较为重要的路由协议,对其核心路由机制、特点和优缺点等进行了分析()Flooding协议和Gossiping协议这是两个最为经典和简单的传统网络路由协议,可应用到WSNs中在Flooding协议中,节点产生或收到数据后向所有邻节点广播,数据包直到过期或到达目的地才停止传播该协议具有严重缺陷:内爆(节点几乎同时从邻节点收到多份相同数据)、交叠(节点先后收到监控同一区域的多个节点发送的几乎相同的数据)、资源利用盲目(节点不考虑自身资源限制,在任何情况下都转发数据)Gossiping协议是对Flooding协议的改进,节点将产生或收到的数据随机转发,避免了内爆,但增加了时延这两个协议不需要维护路由信息,也不需要任何算法,简单但扩展性很差()SPIN协议这是第个基于数据的路由协议该协议以抽象的元数据对数据进行命名,命名方式没有统一标准节点产生或收到数据后,为避免盲目传播,用包含元数据的ADV消息向邻节点通告,需要数据的邻节点用REQ消息提出请求,数据通过DATA消息发送到请求节点协议的优点是:小ADV消息减轻了内爆问题通过数据命名解决了交叠问题节点根据自身资源和应用信息决定是否进行ADV通告,避免了资源利用盲目问题与Flooding和Gossiping协议相比,有效地节约了能量但其缺点是:当产生或收到数据的节点的所有邻节点都不需要该数据时,将导致数据不能继续转发,以致较远节点无法得到数据,当网络中大多节点都是潜在sink点时,问题并不严重,但当sink点较少时,则是一个很严重的问题且当某sink点对任何数据都需要时,其周围节点的能量容易耗尽虽然减轻了数据内爆,但在较大规模网络中,ADV内爆仍然存在图表示了SPIN协议的路由建立与数据传输(a)ADVpropagation(b)Datarequest(c)Datatransfer(d)ADVpropagation(e)Datarequest(f)DatatransferABDATADATAABABREQABADVAREQBBAADV(a)ADV扩散(b)数据请求(c)数据传送(d)ADV扩散(e)数据请求(f)数据传送FigRoutingsetupanddatatransmissioninSPINprotocol图SPIN协议的路由建立与数据传输()DirectedDiffusion协议这是一个重要的基于数据的、查询驱动的路由协议该协议用属性值对命名数据为建立路由,sink点flooding包含属性列表、上报间隔、持续时间、地理区域等信息的查询请求Interest(该过程本质上是设置一个监测任务)沿途节点按需对各Interest进行缓存与合并,并根据Interest计算、创建包含数据上报率、下一跳等信息的梯度(gradient),从而建立多条指向sink点的路径Interest中的地理区域内节点则按要求启动监测任务,并周期性地上报数据,途中各节点可对数据进行缓存与聚合sink点可在数据传输过程中通过对某条路径发送上报间隔更小或更大的Interest,以增强或减弱数据上报率该协议采用多路径,健壮性好使用数据聚合能减少数据通信量sink点根据实际情况采取增强或减弱方式能有效利用能量使用查询驱动机制按需建立路由,避免了保存全网信息,但不适合环境监测等应用而且,Gradient的建立开销很大,不适合多sink点网络数据聚合过程采用时间同步技术,会带来较大开销和时延图表示了DirectedDiffusion协议的路由建立过程(a)Interestpropagation(b)Gradientsetup(c)DatadeliveryalongreinforcedpathSourceSinkSourceGradientSinkSourceInterestSink(a)Interest的扩散(b)Gradient的建立(c)数据沿增强后的路径传输FigProcedureofroutingsetupinDirectedDiffusionprotocol图DirectedDiffusion协议的路由建立过程唐勇等:无线传感器网络路由协议研究进展()Rumor协议如果sink点的一次查询只需一次上报,DirectedDiffusion协议开销就太大了,Rumor协议正是为解决此问题而设计的该协议借鉴了欧氏平面图上任意两条曲线交叉几率很大的思想当节点监测到事件后将其保存,并创建称为Agent的生命周期较长的包括事件和源节点信息的数据包,将其按一条或多条随机路径在网络中转发收到Agent的节点根据事件和源节点信息建立反向路径,并将Agent再次随机发送到相邻节点,并可在再次发送前在Agent中增加其已知的事件信息sink点的查询请求也沿着一条随机路径转发,当两路径交叉时则路由建立如不交叉,sink点可flooding查询请求在多sink点、查询请求数目很大、网络事件很少的情况下,Rumor协议较为有效但如果事件非常多,维护事件表和收发Agent带来的开销会很大图表示了Rumor协议中Agent传播和Agent路径与查询路径的交叉情形EventareaAgentpathQuerypathSinkNormalsensornodeSensornodeinagentpathSensornodeinquerypathFigAgentpropagationandcrossofAgentpathandquerypathinRumorprotocol图Rumor协议中Agent传播和Agent路径与查询路径的交叉()GPSR协议这是一个典型的基于位置的路由协议使用GPSR协议,网络节点都知道自身地理位置并被统一编址,各节点利用贪心算法尽量沿直线转发数据产生或收到数据的节点向以欧氏距离计算最靠近目的节点的邻节点转发数据,但由于数据会到达没有比该节点更接近目的点的区域(称为空洞),导致数据无法传输,当出现这种情况时,空洞周围的节点能够探测到,并利用右手法则沿空洞周围传输来解决此问题该协议避免了在节点中建立、维护、存储路由表,只依赖直接邻节点进行路由选择,几乎是一个无状态的协议且使用接近于最短欧氏距离的路由,数据传输时延小并能保证只要网络连通性不被破坏,一定能够发现可达路由但缺点是,当网络中sink点和源节点分别集中在两个区域时,由于通信量不平衡易导致部分节点失效,从而破坏网络连通性需要GPS定位系统或其他定位方法协助计算节点位置信息图表示了GPSR协议中出现空洞及避开空洞的情形(a)Voidemergence(b)Voidavoiding(a)空洞出现(b)避开空洞FigVoidemergenceandvoidavoidinginGPSRprotocol图GPSR协议中的空洞出现及避开空洞()TBF协议这是一个基于源站和基于位置的路由协议与GPSR协议不同,TBF协议不是沿着最短路径传播与通常的源站路由协议不同,TBF协议利用参数在数据包头中指定了一条连续的传输轨道而不是路由节点序列网络节点利用贪心算法根据轨道参数和邻节点位置,计算出最接近轨道的邻节点作为下一跳节点该协议可利用GPSR协议的方法或其他方法避开空洞通过指定不同的轨道参数,很容易实现多路径传播、广播、对特定区域的广播和多播源站路由避免了中间节点存储大量路由信息指定轨道而不是节点序列,数据包头的vwVoid××DxyzyzVoidDxwvJournalofSoftware软件学报Vol,No,March)路由信息开销不会随着网络变大而增加,允许网络拓扑变化,避免了传统源站路由协议的缺点但随着网络规模变大,路径加长,沿途节点进行计算的开销也相应增加且需要GPS定位系统或其他定位方法协助计算节点位置信息图表示使用TBF协议沿着任意曲线传输数据SSDDDDSDS(a)Multipathrouting(b)Broadcasting(c)Geocasting(d)Multicasting(a)多路径传播(b)广播(c)对特定区域的广播(d)多播FigForwardingdataalongarbitrarycurvesinTBFprotocol图TBF协议沿着任意曲线传输数据()Shah等人提出的能量感知路由协议该协议的目的主要在于改善DirectedDiffusion协议的耗能情况,采用地理位置和数据类型(即节点类型)标识节点Shah等人认为该协议是按需路由协议,但其含义更多的是查询驱动的,我们将其与DirectedDiffusion都列为主动路由协议sink点(Cost(sink)=)利用受控的flooding发起建立路由请求,产生或转发路由请求节点Ni的所有邻节点Nj测量与Ni的通信开销以及Ni的剩余能量:Metric(Nj,Ni)Nj根据式(a)计算代价,NijNNC,iNijNNP,j节点选择C较小的一些邻节点反向构造路由表FTijNN,j,邻节点Ni被赋予由式(b)计算的路由概率,此后NjNP,j节点由式(c)计算自身代价Cost(Nj),然后Nj转发包含自身代价信息的请求在通信阶段,节点Nj根据选择一条路径进行数据发送与DirectedDiffusion相比,该协议虽然存在多条路径,但只选用一条,能够有效节约能源以上随机选择路由方式平衡了通信量其缺点是,sink点需要周期性flooding维护路由信息需要进行节点间收发开销和剩余能量测量根据概率随机选择一条路径导致其可靠性不如DirectedDiffusion协议,()(,ijiNNNNMetricNCostCij=(a)∑∈=jkjijijFTkNNNNNNCCP,,,(b)∑∈=jijijFTiNNNNjCPNCost,,)((c)()LEACH协议这是第一个提出数据聚合的层次路由协议为平衡网络各节点的能耗,簇头是周期性按轮随机选举的,每轮选举方法是:各节点产生一个,之间的随机数,如果该数小于T(n),则该节点为簇头T(n)的计算公式如下:∈×−=其他,,mod)(GnprppnT,其中,p是网络中簇头数与总节点数的百分比,r是当前的选举轮数,G是最近p轮不是簇头的节点集成为簇头的节点在无线信道中广播这一消息,其余节点选择加入信号最强的簇头节点通过一跳通信将数据传送给簇头,簇头也通过一跳通信将聚合后的数据传送给sink点该协议采用随机选举簇头的方式避免簇头过分消耗能量,提高了网络生存时间数据聚合能有效减少通信量但协议层次化的目的在于数据聚合,仍采用一跳通信,虽然传输时延小,但要求节点具有较大功率通信能力,扩展性差,不适合大规模网络即使在小规模网络中,离sink点较远的节点由于采用大功率通信也会导致生存时间较短而且频繁簇头选举引发的通信量耗费了能量()PEGASIS协议这是在LEACH协议基础上建立的协议仍然采用动态选举簇头的思想,但为避免频繁选举簇头的通信开销,采用无通信量的簇头选举方法,且网络中所有节点只形成一个簇,称为链该协议要求每个节点都知道网络中其他节点的位置,通过贪心算法选择最近的邻节点形成链动态选举簇头的方法很简单:唐勇等:无线传感器网络路由协议研究进展设网络中N个节点都用~N的自然数编号,第j轮选取的簇头是第i个节点,i=jmodN(i为时,取N)簇头与sink点一跳通信,利用令牌控制链两端数据沿链传送到簇头本身,在传送过程中可聚合数据当链两端数据都传送完成时,开始新一轮选举与传输该协议通过避免LEACH协议频繁选举簇头带来的通信开销以及自身有效的链式数据聚合,极大地减少了数据传输次数和通信量节点采用小功率与最近距离邻节点通信,形成多跳通信方式,有效地利用了能量,与LEACH协议相比能大幅提高网络生存时间但单簇方法使得簇头成为关键点,其失效会导致路由失败且要求节点都具有与sink点通信的能力如果链过长,数据传输时延将会增大,不适合实时应用成链算法要求节点知道其他节点位置,开销非常大图表示了PEGASIS协议沿链进行数据传输的情况c→c→c←c←c↓sinkFigDatatransmissionalongchaininPEGASISprotocol图PEGASIS协议沿链进行数据传输()TEEN协议这是一个层次路由协议,利用过滤方式来减少数据传输量该协议采用与LEACH协议相同的聚簇方式,但簇头根据与sink点距离的不同形成层次结构聚簇完成后,sink点通过簇头向全网节点通告两个门限值(分别称为硬门限和软门限)来过滤数据发送在节点第次监测到数据超过硬门限时,节点向簇头上报数据,并将当前监测数据保存为监测值(sensedvalue,简称SV)此后只有在监测到的数据比硬门限大且其与SV之差的绝对值不小于软门限时,节点才向簇头上报数据,并将当前监测数据保存为SV该协议通过利用软、硬门限减少了数据传输量,且层次型簇头结构不要求节点具有大功率通信能力但由于门限设置阻止了某些数据上报,不适合需周期性上报数据的应用图表示了TEEN协议中由聚簇构成的层次结构SinkHighlevelclusterheadLowlevelclusterheadNormalsensornodeClusteringFigHierarchicalclusteringinTEENprotocol图TEEN协议中由聚簇构成的层次结构()TTDD协议这是一个层次路由协议,主要是解决网络中存在多sink点及sink点移动问题当多个节点探测到事件发生时,选择一个节点作为发送数据的源节点,源节点以自身作为格状网(grid)的一个交叉点构造一个格状网其过程是:源节点先计算出相邻交叉点位置,利用贪心算法请求最接近该位置的节点成为新交叉点,新交叉点继续该过程直至请求过期或到达网络边缘交叉点保存了事件和源节点信息进行数据查询时,sink点本地flooding查询请求到最近的交叉节点,此后查询请求在交叉点间传播,最终源节点收到查询请求,数据反向传送到sink点Sink点在等待数据时,可继续移动,并采用代理(Agent)机制保证数据可靠传递与DirectedDiffusion协议相比,该协议采用单路径,能够提高网络生存时间,但计算与维护格状网的开销较大节点必须知道自身位置非sink点位置不能移动要求节点密度较大图表示TTDD协议的格状网建立与数据查询情况()SAR协议这是第个在WSNs中保证QoS的主动路由协议sink点的所有一跳邻节点都以自己为根创建生成树,在创建生成树过程中考虑节点的时延、丢包率等QoS参数以及最大数据传输能力,各个节点从而反向建立了到sink点的具有不同QoS参数的多条路径节点发送数据时选择一条或多条路径进行传输该协议能够提供QoS保证,但缺点是节点中的大量冗余路由信息耗费了存储资源,且路由信息维护、节点QoS参数与能耗信息的更新均需较大开销()Chang等人提出的最大化生存时间路由协议该协议与Shah等人的思想有相似之处,认为最小化传JournalofSoftware软件学报Vol,No,March输能量并不完全适合WSNs,必须考虑网络的生存时间它根据节点剩余能量与链路发送数据能量要求定义代价函数,最重要的贡献在于,利用网络流建模,采用线性规划方法来解决最大生存时间问题:定义代价函数为f(eij,Ei),其中eij是节点i,j发送数据消耗的能量,Ei是节点i剩余的能量,代价函数是关于eij的增函数、Ei的减函数数据流在传输过程中动态改变流向以达到最大化网络生存时间,但需要知道各个节点的数据产生速率FloodingqueryinlocalareaDatadeliverypathSinkBBQuerypath(a)GridconstructioninitiatedbysourceB(b)DataquerytosourceBbysink(a)源节点B发起建立格状网(b)Sink点向源节点B查询数据FigGridconstructionanddataqueryinTTDDprotocol图TTDD协议的格状网建立与数据查询()TinyOSBeaconing协议该协议较为简单,首先对节点进行编址,sink点周期性flooding路由更新消息,信号覆盖范围内的节点接收到更新消息后,将发送消息的节点作为父节点保存到路由表中,然后将该消息在物理信道上广播,从而构成了一个以sink点为根的广度优先的生成树这种方式在小规模网络中简单、易用,但在较大网络中将导致节点和sink点间跳数增加广播式路由更新消息消耗网络能量路径建立只与接收到beaconing的时序有关,不进行任何优化,扩展性差sink点周围的节点由于过多地参与数据传输,耗能较多,容易失效图表示了以sink点u为根的生成树的建立过程ywvBroadcastingsequenceuBranchofspanningtreezFigProcedureofconstructingroutingspanningtreeinTinyOSBeaconingprotocol图TinyOSBeaconing协议的路由生成树建立过程()Ye等人提出的最小代价路由协议该协议思想与很多协议的思想相同,以跳数或能耗作为代价尺度,最终达到最小化代价的目的,其特别之处在于采用退避算法进行代价通告在初始阶段,除sink点将自身代价设为以外,其余节点都将自己到sink点的代价设为∞sink点利用无线信道广播包含自身代价的ADV消息,消息在网络中受控地扩散当节点N从节点M接收到包含M代价的ADV消息时,知道有一条经M到sink点的路径,代价为LMCN,M,其中LM为M到sink点的代价,CN,M为N到M的代价设当前N到sink点的代价为LN,如果LMCN,M<LN,LN被赋予LMCN,M,并启动一个随机退避定时器当定时器溢出时将广播包含LN的ADV消息,如果LMCN,M>LN不做任何动作采用退避通告方式是为了避免节点多次广播自身的非最优代价该协议与TinyOSBeaconing相比能节约能量,但仍有一些与其相同的缺点并需测量通信代价由于代价函数只考虑了能耗最少而没有考虑节点剩余能量,会使通信量分担不平衡,导致某些节点因能量耗尽失效而使网络不能连通()其他路由协议由于WSNs与应用高度相关,路由协议众多例如,Schurgers等人提出的基于梯度的路由协议是DirectedDiffusion协议的一个变种,在Interest分发过程中记录了经过的跳数,可发现到sink点的最小跳数路由CADR也是DirectedDiffusion协议的一个变种,其基本思想是尽量激活靠近事件周围的节点进行路由传输以减少时延GEAR是一种基于位置的协议,通过学习能量的使用情况调整路由,以达到有效利用能量的目的SPEED是一种基于位置的协议,主要目的是提供拥塞控制和软实时保证BeaconVectorRouting是一种基于地址的点对点协议,该类型在WSNs中并不常见APTEEN是对TEEN协议的改进,能够唐勇等:无线传感器网络路由协议研究进展根据用户与应用的不同动态地调整门限值还有一些协议和算法将特定应用与路由结合起来考虑,如COUGAR,TinyDB,ACQUIRE,TAG将WSNs视为分布式数据库,将路由与查询相结合还有的协议是将路由与拓扑控制相结合,如GAF,SPAN无线传感器网络路由协议比较由于WSNs具有与应用高度相关的特点,故WSNs路由协议同样具有多样性的特点,难以进行比较,并且很难说哪个协议更为优越为便于说明,我们采用了列表方式表使用本文的分类方法对重点讨论的路由协议进行了分类比较表、表对这些协议的特点和大致应用范围进行了总结与比较协议特点包括:是否提供最短路径是否存在由于其失效从而影响路由的关键节点是否支持sink点移动是否支持普通节点移动建立、维护路由的节点所需的通信量、计算量与存储量应用范围是指协议的较佳使用范围,但不是绝对的,应依具体应用而定TableComparisonofclassificationsofroutingprotocols表路由协议的分类比较ProtocolMultipathUnipathFlatHierarchicalProactiveReactiveHybridFlooding√√√√Gossiping√√√√SPINPossiblePossible√√DirectedDiffusion√√√Rumor√√√GPSR√√√TBFPossiblePossible√√Shahetal√√√LEACH√√√PEGASIS√√√TEEN√√√TTDD√√√SARPossiblePossible√√Chang,etal√√√TinyOSBeaconing√√√Ye,etal√√√ProtocolLocationBasedDataBasedAddressBasedQoSSupportedDataaggregationSourceQueryDrivenFloodingPossiblePossiblePossibleGossipingPossiblePossiblePossibleSPIN√√√DirectedDiffusion√Possible√√Rumor√√√GPSR√TBF√√Shahetal√√√√LEACH√√PEGASIS√√TEEN√√TTDD√√SAR√√Changetal√TinyOSBeaconing√Yeetal√JournalofSoftware软件学报Vol,No,MarchTableComparisonofcharacteristicsofroutingprotocols表路由协议的特点比较ProtocolOptimalpathCriticalnodeSinkmobilityNormalnodemobilityComputationoverheadofroutingestablishmentmaintenanceCommunicationoverheadofroutingestablishmentmaintenanceStorageoverheadofroutingestablishmentmaintenanceFloodingShortestpath×√√NotneededFloodingdataNotneededGossiping××√√NotneededTransmittingdataalongrandompathNotneededSPINPossible×√√NotneededFloodingADVNotneededDirectedDiffusionPossible×××ComputingcombininggradientFloodingInterestStoringGradientbufferingInterestRumor××√×CombiningAgentSourcesendingAgentsinksendingqueryalongrandompathsStoringsourceeventGPSRNearly××√Computingneighbors’distancetosinkGettingneighbors’locationNotneededTBF×××√Computingneighbors’distancetocurveGettingneighbors’locationNotneededShah,etalSuboptimalcost×××Assigningneighbors’probabilityMeasuringneighbors’costStoringforwardingtableLEACH×Clusterhead××ElectingclusterheadcomparingsignalstrengthofclusterheadsperiodicallyClusteringperiodicallyStoringclusterheadPEGASIS×Clusterhead××ElectingclusterheadwithlittleoverheadConstructingchainpassingtokenStoringtwoneighborsalongchainTEEN×Clusterhead××ElectingclusterheadcomparingsignalstrengthofclusterheadsperiodicallyClusteringperiodicallyNodestoringclusterheadclusterheadstoringthresholdTTDD×Crossnode√×ComputingcrossnodeingridConstructinggridsinkfloodingquerylocallyCrossnodestoringsourceeventSAR××××NotneededFloodingroutingrequestmeasuringQoSmetricsStoringparentnodesinspanningtreesQoSmetricsChang,etalOptimalcost×××ComputingcostfunctionMeasuringneighbors’costStoringneighbors’costTinyOSBeaconing××××NotneededFloodingroutingrequestStoringparentnodeinspanningtreeYe,etalOptimalcost×××Comparingneighbors’costAdvertisingcostStoringowncostbackofftimer唐勇等:无线传感器网络路由协议研究进展TableComparisonofapplicationareasofroutingprotocols表路由协议的应用范围比较ProtocolApplicationareasFloodingReportingemergenteventmultiplesinkshightransmissionreliabilitynodemovingfrequentlynodefaultfrequentlylowscalabilityGossipingMultiplesinksdelaynotawaredatalosstolerancenodemovinglowscalabilitySPINMultiplesinksmiddlenodesknowinginformationwhethermoredistantnodesneedingdatalowscalabilityDirectedDiffusionFewsinksquerydrivenWSNsonequerywithperiodicalresponsesQoSawareRumorMultiplesinksfeweventsdelaynotawarequerydrivenWSNsonequerywithoneresponsedensenodesGPSRLocationawarenodemovingfrequentlydensenodesTBFNeedingmultipleroutingapproachesnodemovingfrequentlydensenodesShah,etalNodeknowingneighbor’stransmissioncosthighnetworksurvivabilityquerydrivenWSNsLEACHDelayawarenodeswithhighpowerlowscalabilityPEGASISImprovementoverLEACHinenergyconsumingdelayawarenodeswithhighpowerlowscalabilityTEENReportingdatawiththresholdimprovementoverLEACHPEGASISinscalabilityTTDDMultiplesinkssinkmovingquerydrivenWSNsrealtimenotawareSARSmallscaleWSNsQoSawarelowscalabilityChang,etalNodeknowingneighbor’stransmissioncosthighnetworksurvivabilityTinyOSBeaconingSmallscaleWSNslowscalabilityYe,etalNodeknowingneighbor’stransmissioncosthighnetworksurvivabilitylowscalability总结与展望由于WSNs资源有限且与应用高度相关,研究人员采用多种策略来设计路由协议其中好的协议具有以下特点:针对能量高度受限的特点,高效利用能量几乎是设计的第一策略针对包头开销大、通信耗能、节点有合作关系、数据有相关性、节点能量有限等特点,采用数据聚合、过滤等技术针对流量特征、通信耗能等特点,采用通信量负载平衡技术针对节点少移动的特点,不维护其移动性针对网络相对封闭、不提供计算等特点,只在sink点考虑与其他网络互联针对网络节点不常编址的特点,采用基于数据或基于位置的通信机制针对节点易失效的特点,采用多路径机制通过对当前的各种路由协议进行分析与总结,可以看出将来WSNs路由协议采用的某些研究策略与发展趋势:()减少通信量以节约能量由于WSNs中数据通信最为耗能,因此应在协议中尽量减少数据通信量例如,可在数据查询或者数据上报中采用某种过滤机制,抑制节点上传不必要的数据采用数据聚合机制,在数据传输到sink点前就完成可能的数据计算()保持通信量负载平衡通过更加灵活地使用路由策略让各个节点分担数据传输,平衡节点的剩余能量,提高整个网

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